DE1942748B2

DE1942748B2 - Verfahren zur Verzuckerung eines Stärkehydrolysats

Info

Publication number: DE1942748B2
Application number: DE1942748A
Authority: DE
Inventors: Thomas Lighthall Hurst; Roy Frederick Larson; Allmerin Williard Turner
Original assignee: Tate and Lyle Ingredients Americas LLC
Current assignee: Primary Products Ingredients Americas LLC
Priority date: 1968-08-26
Filing date: 1969-08-22
Publication date: 1979-10-31
Also published as: NL6912964A; US3630844A; FR2016403A1; DE1942748A1; BE737923A; IT954044B; GB1268081A; NL164607B; JPS5434059B1; NL164607C

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur enzymatischen Verzuckerung eines verdünnten Stärke-Hydrolysats, mit dessen Hilfe es möglich ist, einen Stärke-Konversions-Ski'p mit einem hohen Dextrose-Äquivalent (D.E.), einem hohen Gehalt an fermentierbarem Extrakt (F.E) und einem begrenzten Gehalt an Dextrose (D.), bezogen auf die Trockensubstanz, herzustellen.

Es sind bereits viele Verfahren zur Herstellung von Sirup aus Stärke, häufig als Stärke-Konversions-Sirup bezeichnet, bekannt Ein Stärkc-Konversions-Sirup, der im Handel eine besondere Bedeutung gewonnen hat, ist der aus Maisstärke hergestellte Sirup, der als »Mais-Sirup« bezeichnet wird. Neuerdings besteht eine große Nachfrage nach speziellen Typen von Stärke-Konversions-Sirupen mit hohen F.E.- und D.E.-Werten und einem sorgfältig eingestellte·' Dextrose (D.)-Gehalt. Diese speziellen Sirup-Typen unterscheiden sich erheblich von dem einfachen, allg' nein gebräuchlichen Mais-Sirup.

Die genannten speziellen Arten von Stärke-Konversions-Sirupen eignen sich besonders gut für die Verwendung in bestimmten Industriezweigen. Beispielsweise kann man einen solchen Sirup als »Brau-Zusatz« bei der Herstellung von Bier verwenden. Eine andere Art der Verwendung ergibt sich in dem sogenannten »Bräu-Verfahren«, von dem in gewerblichen Bäckerüen in großem Umfang Gebrauch gemacht wird. Diese Sirup-Arten sind in epster Linie deshalb wichtig für die Brauerei- und Bäckerei-Industrien, weil sie eine relativ hohe Konzentration (mehr als 77% und vorzugsweise mehr als 80%) an fermentierbaren Sacchariden (in erster Linie Dextrose und Maltose) aufweisen, jedoch unter normalen Lagerungsbedingungen klar und flüssig bleiben. Andere Verwendungszwecke für diese speziellen Arten von Stärke-Konversions-Sirupen werden sich noch ergeben, insbesondere dann, wenn ein solcher Sirup preisgünstig erhältlich ist.

Vom geschmacklichen Standpunkt aus betrachtet ist es höchst wünschenswert, daß der Dextrose-Gehalt der Stärke-Spezialart einem hohen Süßigkeitsgrad entsprechend gehalten wird. Jedoch muß sorgfältig darauf geachtet werden, daß der Dextrose-Gehalt 47% D.S.B, nicht übersteigt, weil sonst eine zu starke Kristallisation oder ein »Festwerden« des Sirups eintritt. Unter ungünstigen Lagerungsbedingungen, wie sie beispielsweise erfahrungsgemäß während der Herbst- und Winter-Periode vorherrschen, wurde eine Kristallisation schon bei Detrose-Konzentrationen zwischen 41 bis 45% D.S.B. beobachtet.

Ein idealer Spezial-Sirup würde demzufolge ein solcher sein, der reich an fermentierbaren Sacchariden ist, jedoch eine Dextrose-Konzentration gerade unterhalb derjenigen Konzentration aufweist, die eine Kristallisation verursacht Ein solcher Spezial-Sirup würde beispielsweise ein Sirup sein, der einen D.-Gehalt von etwa 40%, einen D.E.-Wert von etwa 70% und einen F.E-Wert von mehr als 80% aufweist

Repräsentativ für den Stand der Technik, der sich mit der Herstellung von speziellen Mais-Sirupen befaßt, die

ίο sich von üblichem Glukose-Sirup oder CS.U. (ungemischter Mais-Sirup), hergestellt durch direkte Säureumwandlung, unterscheiden, sind die US-Patentschriften 22 01 609, 28 22 303, 28 91 869 und 31 37 639. Zwar wird in allen diesen Patentschriften eine spezieile Methode zur Herstellung eines Sirups, ausgehend von einer verdünnten Stärke, z. B. von mit Säure verdünnter Stärke, und nachfolgender Vervollständigung des Stärkeumwandlungs-Prozesses mit Enzymen beschrieben, jedoch ist unter diesen die US-Patentschrift 31 37 639 von besonderem Interesse. In dieser Patentschrift wird eine Arbeitsweise beschrieben, die zur Gewinnung eines Spezial-Mais-Sirups mit einem D.E. von 68 bis 75%, einem F.E von mindestens 77% und einem D. von höchstens 47% führt und bei der eine Kombination von Enzymen aus 0-Amylase und gereinigter Amyloglucosidase verwendet wird.

Wie in der US-Patentschrift 31 37 639 angegeben, traten verschiedene Probleme auf, die zu überwinden waren, bevor man zu einem Sirup kommen konnte, der einen hohen D.E-Wert, einen hohen F.E.-Wert und einen Dextrose-Gehalt hat, der unterhalb demjenigen liegt bei dem eine Kristallisation auftreten kann. Eines der Probleme, das speziell darin angeschnitten ist, besteht darin, daß während der Verzuckerung die Produktion von Dextrose selektiv unterdrückt werden muß, ohne daß die Produktion anderer fermentierbarer Saccharide in unerwünschter Weise beeinflußt wird. Ein anderes bei dem Verfahren auftretendes Problem bestand hinsichtlich der Regulierung oder Verminderung der Menge an Verunreinigungen oder Farbstoffträgern, die während der Verzuckerung entstehen, und in der dadurch möglichen Verringerung der Anforderungen in bezug auf eine Raffination oder Reinigung des Sirups. Da ein hoher Prozentsatz der in dem verzuckerten Produkt vorhandenen Verunreinigungen aus der hoch aktivierten Malz-Diastase stammt, wurde vorgeschlagen, die Verunreinigungen in dem Sirup dadurch herabzusetzen, daß die während der Verzuckerung verwendete Menge an Malzamylase oder MaIz-Diastase verringert wird. Es hat sich jedoch gezeigt, daß diese Maßnahme unbefriedigend ist, da dadurch der benutzbare pH-Wert-Bereich, innerhalb dessen ein. Sirup mit einem hohen D.E. und F.E. hergestellt werden kann, ebenfalls eingeengt wird. Dadurch wird die konsequente Produktion eines Spezial-Sirups schwierig, da jegliche Änderung des pH-Wertes des Verzuckerungssystems immer zu einem Sirup führt, der eine von der gewünschten verschiedene Zusammensetzung auf-, weist.

Aufgabe der Erfindung war es daher, diese Nachteile der bekannten Verfahren auszuräumen und einen Spezial-Mais-Sirup mit den gewünschten vorteilhaften Eigenschaften auf wirksamere und wirtschaftlichere Weise als nach den bisher bekannten Verfahren herzustellen.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren zur enzymatisohen Verzuckerung eines verdünnten Stärke-Hydrolysats erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das

Stärke-Hydrolysat mit einer Enzym-Kombination aus Diastase, Glucoamylase und Amylo-l,6-glucosidase unter einen Stärke-Konversions-Sirup mit einem Dextrose-Äquivalent (D.E) von mindestens 68%, einem Wert an fermentierbarem Extrakt (F.E) von mindestens 77% und einem maximalen Dextrose-Gehalt (D.) von 47% ergebenden Bedingungen und über eine entsprechende Zeitspanne in Kontakt gebracht wird.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es möglich, ein Verzuckerungsprodukt herzustellen, das einen hohen F.E-Wert, einen hohen D.E-Wert und einen D.-Gehalt unterhalb des Wertes, der zu einer Kristallisation des verzuckerten Produktes führen würde, aufweist und einen wesentlich geringeren Asche- und Protein-Gehait besitzt.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung verwendet man als Diastase vorwiegend eine /J-Amylase, speziell eine solche, die aus Gerstenmalz hergestellt worden ist, oder eine Fungal-oc-Amylase. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung kann die Malz-Amylase teilweise oder vollständig durch eine äquivalente Menge einer Fungal-«-Amylase oder einer Bakteria'-a-Amylase ersetzt werden.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung verwendet man eine Glucoamylase, die praktisch frei von Transgiucosidase ist.

Als Amylo-l,6-glucosidase verwendet man vorzugsweise eine solche, die mittels des Organismus Aerobacter aerogenes hergestellt worden ist.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung verwendet man wenigstens 0,1 Gew.-%, bezogen auf die Trockensubstanz, einer hochaktivierter, Malz-Amylase, etwa 1,5 Einheiten Glucoamylase pro Gramm Stärke-Feststoffe, und wenigstens 0,1 Einheiten Amylo-l,6-glucosidase pro Gramm Stärke-Feststoffe für die Verzuckerung der verdünnten Stärke-Hydrolysat-Flüssigkeit, die vorzugsweise mit Säure verdünnt worden ist.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfind'ing stellt man einen Stärke-Konversions-Sirup her, der ein Dextrose-Äquivalent von 68 bis 75% aufweist, spezielj einen Stärke-Konversions-Sirup, der einen Dextrose-Äquivalent-Wert von wenigstens 70%, einen Wert an fermentierbarem Extrakt von mindestens 80% und einen maximalen Dextrose-Gehalt von 41 bis 45% aufweist.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung setzt man eine Stärke-Hydrolysat-Flüssigkeit ein, die einen D.E.-Wert von 15 bis 20, einen pH-Wert von 4,0 bis 6,5, einen Feststoffgehalt von 20 bis 55 Gew.-% Stärke, bezogen auf das Trockengewicht, aufweist und man führt die Fermentierung des Stärke-Hydrolysats etwa 24 bis etwa 100 Stunden lang bei einer Temperatur durch, die unterhalb der Inaktivierungstemperatur der die Verzuckerung bewirkenden Enzyme liegt.

Das erfindungsgemäße Verfahren hat gegenüber bekannten Verfahren u. a. den Vorteil, daß man den Dextrose-Gehalt des Sirups auf verhältnismäßig einfache Weise auf einen vorher festgelegten Bereich einstellen kann.

In der Zeichnung sind Auswirkungen der erfindungsgemäßen Arbeitsweise beispielsweise veranschaulicht. Es zeigt

F i g. 1 in graphischer Darstellung den Effekt einer Verminderung an Malz-Amylase auf den wirksamen DH-Bereich beim Verz'ickern von Stärke.

Fig.2 in graphischer Darstellung den Effekt der Anwesenheit von Amylo-l,6-glucosidase auf ein Verzuckerungssystem, in welchem die Malz-Amylase reduzier: worden ist,

F i g. 3 in graphischer Darstellung den Effekt einer Verminderung an Malz-Amylase auf den wirksamen pH-Bereich für die Verzuckerung von Stärke in Anwesenheit einer konstanten Menge an Fungal-a.· Amylase und

iü Fig.4 in graphischer Darstellung den Effekt der Anwesenheit einer konstanten Menge an Amylo-1,6-glucosidase und Fungal-a-Amylase auf ein Verzuckerungssystem, in welchem die Maiz-Amylase reduziert worden ist.

Die obere horizontale Linie in den Fig. 1 bis 4 repräsentiert den pH-Wert (6,5 bis 6,7), bei dem die Produktion von Dextrose durch die Wirkung von Glucoamylase wesentlich vermindert ist In der vorliegenden Beschreibung und den Ansprüchen sind fortlaufend bestimmte Abkürzungen verwendet worden. Diese Abkürzungen sind in den nachfolgend angegebenen Bedeutungen z*. verstehen.

»D.E.« ist die üblicherweise benutzte Abkürzung für das sogenannte »Dextrose-Äquivalent« eines Stärke-Konversions-Sirups und stellt ein Maß für den Gehalt an reduzierenden Zuckern (wie Dextrose, Maltose, höhere Zucker) und Dextrine in dem Sirup, ausgedrückt als Dextrose, dar.

»F.E.« ist die üblicherweise verwendete Abkürzung

jo für den sogenannten Gehalt ?n »fermentierbarem Extrakt« eines Stärke-Konversions-Sirups. Der fermentierbare Extrakt wird mittels der Methode der Com Industries Research Foundation (Method E-28 of »Standard Analytical Methods of the Member Compass nies of the Corn Industries Research Foundation«, 1958) bestimmt. Bei dieser Methode wird eine Probe des Sirups unter sorgfältig eingestellten Bedingungen mit Backhefe vergoren. Der »fermentierbare Extrakt« oder das »Fermentierbare« ist die Differenz zwischen der Trockensubstanz der Original-Probe und der verbleibenden Trockensubstanz nach der Fermentation.

Die Bezeichnung »D.« ist die Abkürzung für den Dextrose-Gehalt eines Sirups (im Unterschied zu dem Gehalt an sonstigen Zuckern und Dextrin) und ist angegeben als Gewichtsprozent an Dextrose in einem Sirup D.S.B, (auf Basis der Trockensubstanz). Standardisierte Methoden zur Bestimmung von D.E.-, F.E.- und D.-Werten sind bekannt und werden in verschiedenen Veröffentlichungen beschrieben. Gegebenenfalls kann

so man den Maltose-Gehalt eines Sirups angenähert zufriedenstellend dadurch bestimmen, daß man den Wert für den D.-Gehalt von dem F.E.-Wert subtrahiert.

Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich jjanz allgemein durch seine Wirksamkeit, einfache Ausfüh-

5> ruiig^weise, gute Reproduzierbarkeit sowohl bei kleinen als auch bei großen technischen Ansätzen, die Möglichkeit, dab man es sowohl in Einzelansätzen als auch in kontinuierlicher Arbeitsweise und den üblichen Einrichtungen durchführen kann, sowie die Leichtigkeit,

w) mit der sich da« Enzym-Urr.setzungsprodukt reinigen und zu dem fertigen Sirup aufarbeiten läßt, aus. Es lassen sich nach dem erfindungsgemäßen Verfahren Sirup-Spezialarten bequem herstellen, wenn man folgende Arbeitsschritte unter den nachfolgend angegebenen Bedingungen durchführt:

1, Durch Vermi-jchen von körniger Stärke mit Wasser auf eine Konzentration von 20 bis 25° Baume wird eine Stärkeaufschlämmune zubereitet.

2. Die Stärkeaufschlämmung wird dann entweder unter Verwendung einer Säure oder eines Enzyms oder einer Kombination beider Substanzen auf einen D.E.-Wert von vorzugsweise 15 bis 20 verdünnt. -,

3. Die verdünnte Stärkeaufschlämmung wird anschließend gegebenenfalls auf einen pH-Wert von 4,0 bis 6,5, vorzugsweise einen ρ H-Wert von 4,5 bis 5,9, und auf einen Feststoffgehalt von 20 bis 55% eingestellt. ι ο

4. Das eingestellte Stärke-Hydrolysat wird verzukkert in der Weise, daß man ein Enzym-Gemisch aus Diastase oder Amylase, wie beispielsweise ix- und/oder 0-Amylase, gereinigter Glucoamylase, die praktisch frei von Transglucosida.se ist, und ι Amylo-l.ö-glucosidase zugibt und das Hydrolysat bei einer Temperatur von 53 bis 55.2°C während einer Zeitspanne von 24 bis 100 Stunden oder eine zur Erzielung eines Sirups mit einem D.E. von 68 bis 75%, einem F.E. von im Minimum etwa 77% und ;<i einem maximalen D.-Gehalt von etwa 47% ausreichende Zeit lang hält.

5. Nachdem der gewünschte Sirup erhalten worden ist, werden die Enzyme durch Erhitzen der Mischung auf eine Temperatur zwischen 74 und r, 93° C inaktiviert.

6. Schließlich wird der Sirup gereinigt und auf 40 bis 45° Baume und einen Feststoffgehalt an 78 bis 85% konzentriert.

Von den zuvor beschriebenen 6 Verfahrensschritten in ist die Verzuckerungsstufe der bedeutsamste Schritt.

Die Verzuckerungsstufe, das ist der Arbeitsgang, bei welchem ein verdünntes Stärke-Hydrolysat zu einem Sirup einer bestimmten Zusammensetzung umgewandelt wird, ist dadurch gekennzeichnet, daß man ein s'. Stärke-Hydrolysat in Kontakt bringt mit einer Enzym-Zusammensetzung, die (a) Diastase (ein diastatisches Enzym, das die Fähigkeit hat. Stärke zu Maltose und höheren Sacchariden zu hydrolysieren), wie beispielsweise ß- und/oder «-Amylase, (b) Glucoamylase (ein Enzym, welches die Fähigkeit hat, Stärke zu Dextrose zu hydrolysieren) und (c) Amylo-l,6-glucosidase (ein En7.ym, welches die Fähigkeit hat, die Amylopektin-Fraktion der Stärke an dessen 1,6-glucosidischen Bindungen zu hydrolysieren) enthält. 4-,

Das Enzym Diastase kann aus einer Vielzahl von Quellen abgeleitet sein, beispielsweise Pflanzen, Tieren oder Mikroorganismen, und kann entweder ungereinigt oder gereinigt verwendet werden. Eine gebräuchliche Diastase-Quelle und insbesondere eine solche, die eine hohe Konzentration an ^-Amylase aufweist, ist Gerstenmalz. Gerstenmalz ist im Handel unter verschiedenen Handelsbezeichnungen unterschiedlicher Hersteller erhältlich, beispielsweise in Form einer enzymatisch hochaktiven gemälzten Gerste. Andere Diastase-Arten, wie beispielsweise FungaI-«-Amylasen, können ebenfalls verwendet werden. Mit Vorteil lassen sich auch solche Λ-Amylasen verwenden, die aus dem Oi ganismus Aspergillus oryzae erhalten wurden, oder bakterielle a-Amylasen. Eine Mischung oder Kombination von Amylasen, beispielsweise ein Gemisch aus Malz und Fungal-Amylasen, hat sich besonders zweckmäßig für die Herstellung eines Sirups mit hohen F.E- und D.E.-Werten und einem kontrollierten D.-Gehalt erwiesen.

Die Menge an Diastase, die in Kombination mit Glucoamylase und Amylo-l,6-glucosidase erforderlich ist, um Stärke zwecks Herstellung eines Sirups mit hohen F.E.- und D.E.-Wcrtcn in einem kontrolliertet D.-Gehalt zu verzuckern, ist verschieden, je nachden aus welcher Quelle das Enzym stammt und weicht Reinheit es hat. In den meisten Fällen, so z. B. wenn ein< Diastase als solche beispielsweise eine <%-Amylas< verwendet wird, werden so geringe Mengen wi( 0,001%, und vorzugsweise Mengen von 0,01 bis 0,03% bezogen auf die Stärke-Trockensubstanz, benutzt Wenn eine enzymatisch hoch aktive gemälzte Gerste ah Quelle für die Diastase verwendet wird, dann können se geringe Konzentrationen an Malz wie 0,1% benutz werden, und es ist möglich, daß unter bestimmter Bedingungen sogar weniger verwendet werden kann Vorzugsweise wird man Mengen von 0,1 bis 0,5 odei 1,0% einsetzen. Zwar kann man auch größere Mengen das sind Mengen von mehr als 1,0%, benutzen, diese stärkeren Konzentrationen sind nicht erforderlich wenn in dem Verzuckerungssystem Amylo-1,6-glucosi dase vorhanden ist. Dieser Vorteil ist graphisch ir F i g. 2 demonstriert. Weiterhin sollte, wenn Malz als dit Quelle der Diastase verwendet wird, die Menge zweckmäßig auf einem Minimum gehalten werden unc im allgemeinen 1,0% nicht übersteigen, weil das Mal/ zur Bildung von gefärbten Stoffen und anderer Verunreinigungen in dem Sirup beiträgt.

Wie zuvor bereits angegeben wurde, besteht einer dei Vorteile der vorliegenden Erfindung darin, daß beacht lieh genngere Mengen an Malz für die Verzuckerung erforderlich sind, wenn Amylo-l,6-glucosidase in derr Enzym-Gemisch vorhanden ist. Wenn man wesentlich geringere Mengen an Malz verwendet, dann gewinni man einen Sirup, der einen sehr viel niedrigerer Asche-Gehalt hat und weniger gefärbte Substanz aufweist. Dadurch bleibt das Ionenaustauscherharz, da< normalerweise bei der Reinigung von Stärke-Konversions-Sirup benutzt wird, über eine längere Zeitspanne ohne Regeneration arbeitsfähig. Bisher war es äußerer dentlich schwierig, eine Produktion dieses Stärke-Sirup-Spezialtyps im industriellen Maßstab durchzuführen weil der arbeitsfähige pH-Bereich für die Verzuckerung im gleichen Maße wie der Malz-Gehalt reduziert wurde Wie in F i g. 1 veranschaulicht, ist der arbeitsfähige pH-Bereich für die Gewinnung eines Sirups mit einerr D.E. von etwa 70%, einem D.-Gehalt von etwa 40% und einem F.E.-Wert von mehr als 80% extrem eng (0,2 bis 0,3 pH-Einheiten), wenn etwa 0,2% Malz in dem Verzuckerungssystem verwendet wurden. Wie mar jedoch weiterhin aus F i g. 1 erkennt, konnte det arbeitsfähige pH-Bereich auf etwa 1,5 bis 1,7 Einheiten vergrößert werden, falls der Malz-Gehalt um einer Faktor von etwa 10 oder auf etwa 2,0% erhöht wi de.

In Fig.2 ist erkennbar, daß der arbeitsfähige pH-Bereich beachtlich verbreitert wird, wenn mar zusätzlich zu dem Malz eine geringe Menge ar Amylo-l,6-glucosidase (0,5 Einheiten) verwendet F i g. 2 läßt erkennen, daß sich der arbeitsfähige pH-Bereich füi 0,2% Malz von etwa 0,2 auf etwa 1,5 Einheiter verbreitern läßt Dadurch erhöhen sich die verschiedenen Möglichkeiten der pH-Variation um beachtliche 700%. Es ist natürlich ein Vorteil, einen so viel breiterer arbeitsfähigen pH-Bereich zur Verfügung zu haben, da es dadurch möglich wird, bei der industrieller Durchführung der Sirup-Verzuckerung die Anlage so zu fahren, daß ständig und mit einem hohen Sicherheitsfaktor ein Sirup mit den gewünschten speziellen D.E.-, FiL- und D.-Werten erhalten wird Bisher konnten zwar diese Beständigkeit und der hohe Sicherheitsfaktor durch Vermehrung des Malz-Gehaltes erzielt werden, dadurch

wurde jedoch, wie zuvor ausgeführt wurde, auch der Asche-Gehalt und der in dem Sirup vorhandene Anteil an färbenden Substanzen erhöht, wodurch die ReinigungskostenMiegen.

In den F i g. 3 und 4 ist veranschaulicht, daß sich dieser arbeitsfähige pH-Bereich noch stärker verbreitern läßt dadurch, daß eine geringe Menge an Fungal-<x-Amylase in Kombination mit Malz-(0)Amylase verwendet wird.

DaJ Enzym Glucoamylase kann, wenn es benötigt wird, zubereitet oder in Form eines von mehreren Handelsprodukten käuflich erworben werden. Man kann es zubereiten nach den Verfahren, die beschrieben worden sind von L.iggctt und Mitarbeitern in der amerikanischen Patentschrift 28 81 115 sowie von Langlois und Mitarbeitern in der amerikansichen Patentschrift 28 93 921. Es wurde gefunden, daß solche Glucoamylase-Zubereitungen normalerweise beachtliche Mengen des Enzyms Transglucosylase (oder Transglucosidase) enthalten, und daß man diese vollständig entfernen muü, bevor man die Glucoamylase zur Gewinnung von erfindungsgemäßem Sirup mit hohen D.E.- und F.E.-Werten benutzen kann. Natürlich ist. sofern die Zubereitung im wesentlichen frei von Transglucosylase ist, keine Reinigung erforderlich. Sofern aber ungereinigte Glucoamylase benutzt wird, die nennenswerte Mengen an Transglucosylase enthält, steigt der Dextrose (D.)-Gehalt des resultierenden Sirups über die Spezifikation von maximal 47% bei 67 bis 75% D.E. an. und die F.E.-Werte liegen beträchtlich niedriger als der geforderte Minimalwert von 77%.

Es sind verschiedene Arbeitsweisen zum Reinigen von Glucoamylase, mit denen diese im wesentlichen vollständig von der Transglucosylase befreit werden kann, bekannt. Geeignete Reinigungs-Verfahren sind beschrieben in den amerikanischen Patentschriften 30 67 108,30 47 471,29 67 804 und 29 70 086.

Bei einigen Glucoamylase-Zubereitungen ist es, wie zuvor erwähnt, wünschenswert, zusätzlich zu einer Malz-Amylase eine geringe anteilige Menge einer Fungal-a-Amylase, beispielsweise von 0,002 bis 0,2 Gew.-% der während der Verzuckerung umgewandelten Stärke, mitzuverwenden. Die Verwendung der Λ-Amyiase dient dazu, die Bildung von Dextrose einzuschränken und diese infolgedessen besser unter Kontrolle zu bringen. Weitere Hinweise hinsichtlich der Wirkung, die Transglucosidase auf Glucoamylase hat, können aus »Cereal Chemistry«, Band 43, Seiten 658 bis 669 (1966), entnommen werden.

Es sollten 1 bis 10 oder mehr Einheiten (u.) an gereinigter Glucoamylase je g an Stärke-Feststoff eingesetzt werden, wobei eine Einheit an Glucoamylase die Menge des Enzyms darstellt, mit welcher bei 60^cC und einem pH-Wert von 4,0 innerhalb 48 Stunden 100 Milligramm Stärke im wesentlichen zu Dextrose umgewandelt werden. Höhere Mengen an Glucoamylase sollte man vermeiden, um die Kosten für die Reinigung, bei der unerwünschte färbende Substanzen und sonstige Verunreinigungen (z. B. Protein) aus dem Sirup entfernt werden, so niedrig wie möglich zu halten.

Das Enzym Amylo-l,6-glucosidase, das häufig auch als »Pullulanase« bezeichnet wird, ist ein Enzym, welches zur selektiven Hydrolyse von «-1,6-glucosidischen Bindungen der Amylopectin-Fraktion der Stärke befähigt irt Ober andere Enzyme, die die Fähigkeit haben, Ä-l.O-glucosidische Bindungen zu hydrolysieren, wird in der Literatur unter den Bezeichnungen »Isoamylase« und »R Enzym« berichtet

Die Zubereitung eines Enzyms, das Amylo-l,6-gluco-

sidase-Aktivität aufweist, wird von Bender & Wallenfels in »Biochemische Zeitschrift«, Band 334, Seiten 79-95 (1961), beschrieben. Eine weitere Information, in der etwas über die Verwendung und die Herstellung dieses Enzyms gesagt ist, findet man in »Methods of Enzymology«, Band 8, Seiten 555-559 (1966). Gemäß den zuvor erwähnten Veröffentlichungen läßt sich Amylo-l.ö-glucosidase in geeigneter Weise aus dem Organismus Aerobacter aerogenes erhalten. Bestimmte Stämme dieses Organismus Aerobacter aerogenes sind als besonders gute Quellen zur Gewinnung dieses Enzyms beschrieben worden. Beispielsweise wurde gefunden, daß Aerobacter aerogenes (U-58), von dem angegeben ist, daß es sich um einen direkten Abkömmling des Originalstammes, isoliert von Bender & Wallenfels, handelt, eine besonders gute Quelle für dieses Enzym ist. Verschiedene ultraviolett-induzierte Mutanten von Aerobacter aerogenes (U-58) können ebenfalls benutzt werden. Weitere bekannte Stämme von Aerobacter aerogenes, die man verwenden kann, sind beispielsweise Aerobacter aerogenes ATCC 9621 und ATCC 15 050.

Zubereitungen von Amylo-l,6-glucosidase oder Pullulanase kann man aus dem Organismus Aerobacter aerogenes mittels bekannter Züchtungsmethoden gewinnen. Eine geeignete Technik ist in der zuvor genannten Veröffentlichung von Bender & Wallenfels beschrieben. Gegebenenfalls kann die rohe Zubereitung vor der Verwendung gereinigt werden. Jedoch ist die Benutzung des Enzyms beim erfindungsgemäßen Verfahren nicht beschränkt auf Zubereitungen einer bestimmten Reinheit. Natürlich ist es dennoch vorteilhaft, ein Enzym zu benutzen, das möglichst frei von Verunreinigungen ist.

Die Menge an Amylo-l,6-glucosidase, die verwendet wird, ist nicht erfindungswesentlich. Sie hängt weitgehend von der Konzentration der Stärke in dem Stärke-Hydrolysat, der Aktivität des Enzyms, den Reaktionsbedingungen und dergleichen ab. Im allgemeinen werden jedoch etwa 0,05 bis 1,25 Einheiten an Amylo-l,6-glucosidase je g Stärke, und vorzugsweise zwischen 0.20 und 0,70 Einheiten/g an Stärke, benutzt. Eine Einheit an Amylo-l,6-glucosidase ist definitionsgemäß die Menge an in 1,0 ml der Lösung vorhandenem Enzym, die mit überschüssigem Pullulan als Substrat unter Standard-Versuchsbedingungen, innerhalb einer Stunde bei 45°C den reduzierenden Wert auf einen solchen Wert anhebt, der äquivalent ist einem mg Maltose.

Die wirksamste Verzuckerung des verdünnten Stärke-Hydrolysats erfolgt, wenn das Stärke-Hydrolysat auf e'nen D.E. von weniger als 35 verdünnt ist und einen Feststoffgehalt von weniger als 55% aufweist. Während dar Verzuckerung (in Anwesenheit von Enzymen) hält man das Stärke-Hydrolysat bei einem pH-Wert zwischen 3,5 und 7,0 und einer Temperatur zwischen 25 und 6O⁰C. Vorzugsweise wird das Stärke-Hydrolysat bei einem pH-Wert zwischen 4,5 und 6,5 und einer Temperatur zwischen 30 und 50⁰C gehalten. Unter diesen Bedingungen ist die vollständige Verzuckerung normalerweise nach einer Zeitspanne zwischen etwa 30 und 80 Stunden eingetreten.

In den nachfolgenden Beispielen wird die Erfindung noch näher illustriert

Beispiele 1 bis 10

Zu einer Aufschlämmung von Mais-Stärke in Wasser von 20 bis 22° Baume (Be.) wurden unter Rühren 0,1%

HCl, berechnet auf das Gewicht der Trockensubstanz der Stärke, zugegeben. Diese anteiligen Mengen wurden durch Vermischen von etwa 0,5 kg HCl von 20° Be. mit 379 Litern einer Stärke-Aufschlämmung von 2TBe. erhalten. Der resultierende pH-Wert der Aufschlämmung betrug 2,2. Die Aufschlämmung wurde unter Verwendung von Dampf bei 3,87 kg/cm² in einem Dampf-Injektionserhitzer, wobei die Temperatur auf 150⁰C gebracht und 3 bis 5 Minuten lang gehalten wurde, zu 15 bis 19 D.E. umgewandelt. Nachdem der Dampf abgelassen und der Druck auf Atmosphären druck heruntergegangen war, wurde der heiße Ansatz durch Zugabe einer Lösung von kalzinierter Soda auf pH 4,5 bis 5,0 neutralisiert. Dazu waren annähernd 0,15% D.S. an kalzinierter Soda, berechnet auf das D.S.-Gewicht der Sirup-Feststoffe, erforderlich. Eine Lösung von kalzinierter Soda, die 0,567 kg an kalzinierter Soda je 3,79 Litern enthielt, war dazu brauchbar. Nach der Neutralisation wurde der Ansatz, Uj._v„_ _Cj- .^j-JJj., verarbeitet y.".:rde

auf 53 bis ^5⁹⁰

gekühlt.

Der D.S.-Wert der gekühlter. Hydrolysat-Flüssigkeit wurde bestimmt, und dann wurden berechnete Mengen an hoch aktiver gemälzter Gerste, Glucoamylase und Amylo-l.ö-glucosidase, wie in Tabelle I angegeben, hinzugefügt. Die Glucoaniylase-Zubereitung wurde mit

Tabelle I

Wasser auf etwa 100 u./ml verdünnt und mit 0,2% w./v. Lignin bei pH 4 wie in der amerikanischen Patentschrift 30 47 471 besciirieben, verbessert.

Diese Verbesserungs-Behandlung diente dazu, Fungal-Spuren, Verfärbungen und Transglucosidase zu entfernen. Die Amylo-l.ö-glucosidase wurde als wäßrige Lösung zugesetzt.

Die Amylo-1,6-glucosidase stammte von dem Organismus Aerobacter aerogenes und war gemäß dem in der »Biochemischen Zeitschrift«, Band 334, Seiten 79 — 95 (1961), beschriebenen Verfahren gewonnen worden. Das Malz wurde in trockener pulverisierter Form zugesetzt. Mittels der zugegebenen Enzyme wurde die Stärke-Aufschlämmung bei 53 bis 55,2⁰C und bei einem pH-Wert von 5,6 bis 5.9 48 Stunden hing umgewandelt. Nach Ablauf von 48 Stunden wurde durch Besprühen mit einer so ausreichenden Menge an Dampf, daß die Temperatur in einer Stunde auf etwa 8O⁰C anstieg, die Umwandlungstätigkeit der Enzyme 'jnierbroch^n, und ^i** T^prn^r?^prⁿtur von piwa RfI⁰C" wurde dann noch etwa eine Stunde lang gehalten.

Anschließend wurde der Sirup-Ansatz mit Harzen und/oder Kohle gereinigt und auf einen 43° Be. (82,5% D.S.) eingedampft. Die D.-, D.E.- und F.E.-Werte der Sirup-Produkte jeder der Enzym-Kombinationen wurden bestimmt und sind in Tabelle I angegeben.

Dei-	Mal/	ΕΓ	= Glucoarnylase.	E;"	48 Stunden	% D.	:;, f. ε.	D./I).
spiel	%	Einh./g	= Amylo-1,6-glucosidase.	Einh./g	\ D. E.	46,6	81,8	0.65
	2.0	2,6	—	72.1	42,1	79,1	0,62
2	2,0	2,4	-	68,9	53,4		0.74
3	1,0	2,8	-	72,5	57,2	-	0,77
4	0,5	3,0	-	74,3	54.8	-	0.78
5	0,25	3.0	-	70,0	43,0	78.2	0,61
6	0,25	2.5	0,5	70,0	42,1	81.9	0,62
7	0.5	1,5	0.25	68,2	44,6	79,5	0,64
8	0,5	2,0	0.50	69,7	37,7	86,4	0,54
9	0.5	3.0	1.0	69,3	43,2	83,8	0.61
10	1,0	2,8	0,5	71.3
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Aus den zuvor beschriebenen Beispielen kann man ersehen, daß, falls keine Amy!o-!,6-glucosidase vorhanden ist, etwa 2,0% Maiz in Kombination mit Glucoamylase erforderlich sind, wenn man eine Sirup-Spezialart zu erhalten wünscht, die D.E.- und F.E.-Werte um 70 bzw. 80 und einen D.-Gehalt von etwa 40 bis 45 aufweist. Es ist ferner ersichtlich, daß in dem Maße, wie der Malz-Gehalt (0-Amylase), der während der Verzuckerung vorhanden ist, abnimmt (Beispiele 1 bis 5) der Dextrose-Gehalt des Sirups zunimmt Bei einem Dextrose-Gehalt von etwa 45 bis 47% tritt im allgemeinen Kristallisation des Sirups oder »Festwerden« auf.

Durch die Anwesenheit von Amylo-1,6-glucosidase wird jedoch, wie durch die Beispiele 6 bis 10 demonstriert, die Produktion von Dextrose seibst bei niedrigeren Malz-Konzentrationen eingestellt Dies wird ferner demonstriert durch das D7D.E.-Verhältnis, welches in Tabelle 1 ebenfalls angegeben ist. Ein Sirup-Spezialtyp mit D./D.E.-Verhäitniswerten zwischen 0,5 und 0,65 und F.E.-Werten von etwa SO'vb ist die Art von Sirup, die sich am besten für die Verwendung in der Brauerei- und Bäckerei-Industrie eignet.

Beispiele 11 bis 20

Diese Beispiele zeigen die Wirkung, die Amylo-1,6-glucosidase auf den zur Gewinnung eines Maisstärke-Sirups mit einem D.E. von wenigstens 70%, einem D.-Gehalt von 40% und einem F.E.-Wert von wenigstens 80% arbeitsfähigen pH-Bereich hat Es wurde wie in Beispiel 1 beschrieben gearbeitet, ausgenommen die Modifikationen, die in Tabelle II aufgeführt sind. Die Ergebnisse sind in der nachstehenden Tabelle II wiedergegeben und in den F i g. 1 und 2 graphisch veranschaulicht

Tabelle	Il	Einh./g	-3.0	.6-	glucosakise	E₃ ⁺"	Arbeitsfähiger
Bei	Malz	τ	-3.0			pH-Bereich zur
spiel		2,	-3.0		Gewinnungeines
		2!	-3.0		Sirups mit
		2,	-3.0		D.E. von 70%,
		2_	-3,0		D. von 40 % und
		2,	-3.0		F.E. von 80%
		2.	-3.(ι	Einh./g
	'.'ti	2.	-3.0		6.4-6.5
Il	0,2	■)	2! 1-3.0	0.5	5.4-6.5
12	0.2	Glucoiiiiiylasi.".		6.2-6,5
13	0.5	ΛmylD-I	0.5	4,8-6.5
14	0,5		5.6-6.5
15	1.0	0.5	4.4-6.5
16	1.0		5.2-6.5
17	1,5	0.5	4,3-6.5
18	1,5	-	5.0-6.5
!9	2,0	0.5	4.2-6.5
20	2^0
Ei' ^;
Ii," -

Beispiele 21 bis 25

Die folgenden Beispiele /eigen, daß man das Malz (/f-Amylase) vollständig · Jer teilweise durch eine

Fungal-vAmylase ersetzen kann. Diese Beispiele wurden wie in Beispiel 1 beschrieben durchgeführt, ausgenommen die Modifikationen, wie sie in der nachstehenden Tabelle III angegeben sind.

Tabelle	III	FV ⁺	■	E,'	E,' '	48 Stunden	% D,	¹¹, F.I
Bei	pH	Einh./g		Hinh./g	finh./g	IXE.	46.9	83.6
spiel		0.015	2,4	0.5	74.4	45.8	83.4
21	5,9	0.031	2.4	C.5	73.8	41.6	S 2.5
22	5.9	0.015	2.4	0.5	⁷K!	3-.9	82.5
	6.1	0,031	2.4	0.5	"0.8	31.4	95.(1
24	6,1	0,09'	~> ^	1.4	"0,6
25	6,2	u Malz zugeg	eber.
Es wurde	auch noch 1 '
E," =	Glucoamylase	Amylo-1,6-glucosidase.
E," ' =		Fungal-ir-Amyiase.
E-.'"" =		IL'i-'u 4 BIa	: ■ Zcichnune	or,

Claims

Patentanspruch:

Verfahren zur enzymatischen Verzuckerung eines verdünnten Stärke-Hydrolysate, dadurch gekennzeichnet, daß das Stärke-Hydrolysat mit einer Enzym-Kombination aus Diastase, Glucoamylase und Amylo-l,6-glucosidase unter einen Stärke-Konversions-Sirup mit einem Dextrose-Äquivalent (D.E.) von mindestens 68%, einem Wert an fermentierbarem Extrakt (F.E.) von mindestens 77% und einem maximalen Dextrose-Gehalt (D.) von 47% ergebenden Bedingungen und über eine entsprechende Zeitspanne in Kontakt gebracht wird.